焦炉煤气制液化天然气(LNG)工艺研究

焦炉煤气制液化天然气（LNG）工艺研究

作者：卓秋义

来源：《文化研究》2014年第11期

摘要：;近年来，国内投产和在建设了多套焦炉煤气制LNG，;焦炉煤气制LNG技术发展很快。本文主要介绍焦炉煤气制LNG的工艺选择及相关配套设备。 关键词：;焦炉煤气;LNG;原料气脱水;液化分离 一.前言

我国是世界上最大的焦碳生产、消费和出口国，同时每年伴生约900多亿立方米的焦炉煤气，这些焦炉煤气大量直接燃烧放散，由此造成的经济损失达数百亿元，造成稀缺资源的极大浪费，同时对环境也造成极大的污染。近年来国家对焦化行业实施“准入”整顿，焦炉煤气必须回收利用。焦炉煤气的综合利用在近几年也得到了相当的发展。最近几年，焦炉煤气用在合成氨、甲醇、二甲醚的比较多，近几年由于国内合成氨、甲醇产能过剩，投资收益大幅下降，甚至出现亏损，因此寻找新是焦炉煤气的利用途径成为了焦化企业面临的难题。目前国内外LNG的市场很好，且由于原料天然气持续涨价，焦炉煤气制LNG工艺流程简单、能量利用效率高，具有非常好的前景，正逐渐成为焦炉煤气综合利用的新领域之一。

近年来，国内很多设计研究院所加大了焦炉煤气制LNG技术的研究及开发，目前国内已有多家工厂投产运行，也有多地正在拟建和在建。

我们通常说的焦炉煤气制LNG是指焦炉煤气通过净化脱除萘、焦油、苯、硫化物后经压缩、换热在催化剂的作用下进行甲烷化反应，转化成主要含甲烷、氢气、氮气的混合气，再采用低温分离的方法获得LNG。

针对以上原则，目前工艺主要分原料气系统、脱水系统、脱汞系统、液化分离系统、LNG储存及装车系统、辅助系统。工艺路线框图如下：

原料气经调压、计量后，进入进口分离器后，导入脱水系统。

为满足低温工作状态的要求，经脱水系统净化后的富甲烷气中水含量低于1PPm。 原料气进入干燥器脱除其中的H2O至小于1PPm，进入粉尘过滤器，去除粉尘后进入脱汞系统。干燥器用再生气取自经冷箱复热后的尾气，再生气经加热后进入干燥器，解吸其中的H2O;出干燥器后经再生气冷却器冷却到常温，并经再生气分离器分离水后，出界区供业主进一步处理。冷吹过程则再生气旁通再生气加热器，然后进入干燥器冷吹，出干燥器后经再生气冷却器冷却到常温，并经再生气分离器分离水后，出界区供业主进一步处理。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

由于汞对铝质换热器有极强腐蚀，因此需要设脱汞系统。 采用专用吸附剂吸附汞，可使用3～5年，不需再生。

从脱水系统来的净化气经过脱汞吸附器，脱除原料气中汞至小于0.01μg/m3，再经粉尘过滤器脱除粉尘后，进入液化系统。

近年来，此类装置制冷工艺种类较多，主要有：氮膨胀制冷工艺、氮甲烷膨胀制冷工艺、混合冷剂制冷工艺、混合冷剂+氮循环制冷工艺等，现简单对以上工艺进行比较。 名称 氮膨胀制冷 氮甲烷膨胀制冷 混合冷剂制冷 混合冷剂+氮循环制冷 流程复杂程度 简单 简单 较复杂 复杂 甲烷收率 高 较高 低 高 能耗

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

高 高 低 低 投资 低 低 较高 较高

根据国内已投产的和再建装置的数据，综合考虑各工艺的优劣性，目前采用混合冷剂+氮循环制冷工艺较多。以下流程采用混合冷剂（一级分离两级节流）+氮循环制冷工艺，制冷剂由氮、甲烷、丙烷、异戊烷和乙烯组成。

原料气流路：经过预处理合格的净化气进入液化冷箱，经过主换热器预冷后进入精馏塔，从塔底部出来的LNG再经主换热器过冷后，经节流降压后进入LNG储罐中储存，供用户使用。塔顶气经过冷凝器冷凝后，液相作为回流冷凝液返回塔顶;不凝气相（主要是氮、氢）经主换热器复热至常温后出冷箱供业主进一步处理。BOG闪蒸气和储罐BOG合并后经主换热器或蒸汽加热器加热至常温（两条通道），再经BOG压缩机压缩后，返回深冷脱水前进行循环再液化。

混合冷剂流路：从冷箱出来的混合冷剂经压缩机进口分离器分离后进入混合冷剂压缩机一段压缩，再经级间冷却器冷却后进入级间缓冲罐，进入混合冷剂压缩机二段压缩，然后经末级冷却器冷却后进入压缩机出口分离器分离，分离后的液相进入液化换热器过冷后节流，并返回主换热器为其提供冷量;气相经主换热器冷却后进入高压冷剂分离器分离，从高压冷剂分离器分离的液相进入精馏塔塔底再沸器，为再沸器提供热量后与从高压冷剂分离器分离的气相混合后，再经主换热器过冷，并节流降压后返回主换热器为其提供冷量。经主换热器复热后出冷箱的混合冷剂，再进入混合冷剂压缩机进口分离器，从而完成一个循环。

氮气流路：从冷箱出来的氮气经氮气缓冲罐后进入氮气压缩机，压缩后的氮气经主换热器冷却液化后，再通过节流阀降压后进入塔顶冷凝器复热气化后，再返回主换热器复热到常温后进入氮气缓冲罐，完成一个循环。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

从冷箱出来的LNG通过保冷管道输送到LNG贮槽储存，LNG贮槽中的液体通过;LNG装车泵对槽车进行充装。充装过程中产生的BOG与储罐BOG合并依次经主换热器或蒸汽加热器加热至常温（两条通道）、BOG压缩机压缩后，返回深冷脱水前进行循环再液化。 辅助系统主要包括：;冷剂储存及补充系统、加温解冻系统、循环冷却水系统、PSA制氮系统、仪表空气系统、火炬系统。

1.原料气流路：脱水系统采用两塔吸附，减少投资和占地;再生气采用冷箱复热后的尾气。脱汞系统采用浸硫活性炭脱汞，无再生气消耗，降低了运行成本。液化系统采用精馏塔实现原料气低温分离，精馏塔再沸器采用经预冷后的原料气作为热源，精馏塔塔顶凝液采用自回流型式回塔，冷凝器，再沸器，与精馏塔复合在一起，可节约空间使布置更紧凑。 2.制冷系统采用“混合冷剂+氮循环”工艺。

3.混合冷剂制冷循环系统：采用一级分离两级节流的单一混合冷剂流程，尽可能减少混合冷剂组成数量，组分为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷，满足液化的要求，;其中甲烷采用精馏塔底LNG汽化作为补充来源，氮气采用PSA制氮站提供，仅乙烯、丙烷和异戊烷需要外购，降低了运行管理难度。冷剂压缩机为离心式。

4.氮气制冷循环系统：实现精馏系统（脱除氮、氢）的要求使LNG产品中CH4>98%（V），N2<1%（V）;;同时可实现甲烷收率：>98%。

5.BOG回收：储罐BOG和装车BOG由BOG压缩机返回系统再液化，从而提高装置的液化率。

6.进一步提高可靠性，措施如下： 设有对冷箱进行加温解冻的设备及管线; 冷箱及换热器的优化设计; 低温节流阀采用进口产品;

混合冷剂压缩机选用国内有良好业绩的厂家或选用进口压缩机;

冷箱内管道采用不锈钢焊接结构，钢-铝过渡接头采用国外知名公司产品。

1.焦炉尾气制LNG装置采用两塔脱水在保证性能的同时，经济性更好。采用复热后的尾气作再生气再生效果更好。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.焦炉尾气制LNG装置要实现甲烷收率：>98%需采用混合冷剂+氮循环制冷工艺，若对甲烷收率要求不高的情况下，采用混合冷剂制冷工艺更经济、节能。同时合理设置精馏塔塔压，可降低整个装置的能耗，收到更好的经济效益。

3.对于此类装置的核心设备（冷剂压缩机、冷箱、低温节流阀、LNG装车泵）应选用国内有良好业绩的厂家或选用国外知名厂家，以保证装置的稳定性和可靠性。 参考文献：;1.SY/T0076-2003，天然气脱水设计规范 2.顾安忠.鲁雪生.液化天然气技术手册.机械工业出版社 3.GB/T20368-2006，液化天然气（LNG）生产、储运和装运